製品開発における物理試作の重要要素

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製品開発は製品の設計から始まります。概念設計は物理試作に変換されます。物理試作の開発は、新製品や新技術の開発における必須ステップです。通常、システムアナリストによって設計の評価とテストのために作られます。

物理試作は、シンプルな手作りモデルから、概念設計が実世界の条件にどのように対応するかを表す完全に動作するモデルまで、何でもありえます。現在、様々な迅速試作技術の導入により、物理試作は容易に製造可能となり、時間とコストを節約し、より短時間で多数の効果的な物理試作を作成でき、優れた美観と仕上げにより多くの顧客を惹きつけています。

物理試作の種類

1. 動作試作

動作試作は、概念設計のすべての機能を表すように開発された物理試作です。動作試作は機能的でもあり、実世界の条件に対応します。

2. 視覚試作

視覚試作は、概念設計の外観、寸法、形状を描写するためだけに開発された物理試作です。視覚試作は、概念設計の機能性を描写することを意図していません。

3. 機能試作

機能試作は動作試作と似ていますが、機能試作は元の製品とは異なるスケールと技術で開発される場合があります。

4. ユーザー体験試作

さらなる研究目的で研究者によって使用されるために、開発中の製品について十分な情報を提供するように開発された物理試作の一種です。
迅速試作：物理試作開発

試作開発は通常、製造業者によって迅速試作技術を採用して行われます。これらの迅速試作技術はコスト効率が良く、時間を節約できます。さらに、これらの技術で製造される試作は効果的で、美観の面から魅力的です。これらの迅速試作技術は産業に影響を与え、革命をもたらしています。製品の製造は通常、CADモデルデータを利用して3Dプリンターやその他の積層製造技術によって行われます。

3Dプリントは、現在一般的な迅速試作技術で、CADモデルからのデータを使用して、コンピュータの作用により材料が固化され、物理試作が形成されます。3Dプリンターは、3Dプリントで使用される材料が他の製造技術と比較して容易に入手でき、安価であるため、家庭用と産業用の両方の顧客の間で人気を集めています。

最新のモデリングソフトウェアも迅速試作を支援しています。このソフトウェアは、STL形式の代わりにAMF形式でCADモデルを保存し、STL形式と比較してエラーが少なくなります。このソフトウェアのインターフェースもユーザーフレンドリーで、ユーザーが設計しやすくなっています。

CNC工作機械も、概念モデルを物理試作に変換するために製造業者によって採用されています。これは数値制御工作機械で、GコードとMコードを使用して切削、穴あけ、ボーリング、その他の製造操作を行います。CADモデルはCAMソフトウェアを使用して製造指示に変換されます。指示がGコードとMコードに変換されることで、工作機械が高精度な物理試作を製造できるようになります。現在使用されている最新のCNC工作機械は5軸で、工具が同時に5つの異なる軸に沿って移動できるため、高度に効果的で正確な部品を製造できます。

3DプリンターとCNCの違いは、製造に使用される材料によって示されます。CNCは一般的に金属試作に使用され、3Dプリンターは通常、ABS、PLA、ソフトPLAを物理試作の開発に使用します。さらに、一般的な3Dプリンターは、CNC、旋盤、精密研削盤と比較してはるかに少ないスペースで済むため、製造業者にとってはるかに適した選択肢となります。しかし一般的に、迅速試作技術の選択は、物理試作の材料選択に依存します。現在採用されているその他の迅速試作技術は以下の通りです：

• 形状堆積製造（SDM）（および金型SDM）
• 固体地面硬化（SGC）
• 選択的レーザー焼結（SLS）
• 選択的レーザー溶解（SLM）
• ステレオリソグラフィ（SLA）
• 弾道粒子製造（BPM）
• 指向性光造形（DLF）
• 直接シェル生産鋳造（DSPC）
• 溶融堆積モデリング（FDM）
• 積層物体製造（LOM）
• 積層樹脂プリント（LRP）

物理試作の重要性

物理試作の開発は、製品開発前に必要です。試作は、以下で説明するように、開発される将来の製品の多くの要因を決定するのに役立ちます。

1. 生産コストと問題の特定

実際の生産開始前に物理試作を開発することで、製造業者は製造操作中に発生する可能性のある困難を確認できます。したがって、製造操作を編集または削除できます。これにより生産コストを最小限に抑え、最もコストが安く、エラーのない正確な製品を生産する最適な方法を選択できます。

2. 製品の評価とテスト

概念設計は実際の製品と異なる可能性があり、製造業者に多くの問題を引き起こすことがあります。これは、概念設計を実世界の条件でテストできるように、まず迅速試作技術で物理試作を作成することで解決できます。これにより、製造業者はすべての部品を見直し、設計の修正を適切に行えます。さらに、各部品を実世界の条件で評価・テストできるため、製品製造後に発生する可能性のある困難を容易に確認できます。

3. 製品の販売

物理試作は、単なる設計よりも多くの顧客を惹きつけます。試作があれば、設計と比較して顧客に製品をより良く説明できます。顧客は機能試作により製品の隠れた機能を知ることができます。さらに、迅速試作技術の採用による物理試作の美観は、より多くの顧客を簡単に惹きつけます。したがって、製品の販売を生産前に予測できます。

4. 特許

新しい設計や製品は容易に特許を取得できます。物理試作が手元にあれば、設計のどの機能を特許化できるか、どの部分を編集すれば特許可能になるかを容易に確認できます。これは、すでに特許取得済みの製品との類似性の場合に提訴される訴訟から製造業者を守ります。さらに、概念設計ではなく物理試作で主要機能を特許弁理士に説明する方がはるかに容易で、特許出願が可能になります。

試作と実際の製品の違い

エンジニアと開発者は試作と実際の製品の違いを最小限に抑えようと最善を尽くします。しかし一般的に、試作は使用材料、機械加工プロセス、外観などの点で実際の製品と異なる場合があります。

最終製品に使用される材料は高価で製造が困難なため、試作は通常、最終製品と特性が同一の、製造しやすい材料で作られます。場合によっては、最終製品の材料が入手できないため、同一の材料で試作が作られます。材料の違いは、最終製品の外観と仕上げを試作と比較して変える可能性があります。

最終製品は大量生産されることが多いため、製造プロセスが異なる場合があります。最終製品はコスト効率が良く時間を節約できる大量生産方法で開発されることが多いです。この製造プロセスは、材料がしばしば異なるため、試作には使用できません。さらに、最終製品の製造プロセスは複雑な場合があるため、試作はしばしばシンプルな技術で製造されます。これも最終製品と試作の外観の差につながる可能性があります。

試作と最終製品の品質検査技術も異なる場合があります。市場で販売される最終製品は様々な品質検査テストを受けます。一方、物理試作は、材料と製造技術の違いにより、最終製品と同じ方法で検査されることはありません。

結論

物理試作の開発が、設計を製造段階に入る前に評価・テストするために、現代の産業で必要なプロセスであることは明らかです。さらに、物理試作は製造コストとプロセス中に発生する可能性のある困難を予測し、製造業者が最適なコスト効率の良い方法を選択できるようにします。

物理試作は概念設計よりも多くの顧客を惹きつけます。そしてソフトウェアと迅速試作技術の発展により、より短時間で、より高い精度で試作を製造することはもはや困難ではありません。実際の製品とは少し異なるかもしれませんが、現代産業での製品販売には効果的です。